仪器分析课后习题

仪器分析课后习题

第二章

2.1.名词解释

发射光谱：粒子吸收外界能量后由基态或低能态跃迁到能高能态

(激发态)，并在迅速返回基态或低能态的过程中以光辐射的形式释

放能量所得到的光谱

吸收光谱：基态或低能态的粒子受到电磁辐射的照射，选择性地

吸收某些频率的辐射而跃迁到激发态，按波长排列的暗线或暗带组成

的光谱

原子光谱：原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱

分子光谱：分子能级间的跃迁产生的光谱

2.3.对下列单位进行换算

(l)a=l/A=l/0.17xl0-7cm=5.88xl07cm-1

(2)v=c/A=2.9979xl010cm-s-l/5.89xl0-5cm=5.09x1014Hz

⑶A=l/a=l/3300cm-l=3030nm

(4)E=hv=hc/A=(6.626xl0-34Jsx2.9979xl010cms-

l/3.247xl0-5cm)/1.6020xl0-19J=3.82eV

第三章

1、分子吸收光谱有何特点？

答：分子吸收光谱是由于分子中电子能级、及分子的振动及分子

的转动能级跃迁而产生的光谱，通常几个光带和暗区相间而成的带状

光谱

3.2简述在紫外-可见分光光度中，极性溶液对n-TT*跃迁和

TT-TI*跃迁产生的吸收带的影响情况

答：在紫外-可见分光光度中，极性溶齐仲基于n电子与极性溶剂

形成氢键，降低了基态能量，使基态与激发态之间的能量差变大，导

致n-n*跃迁入max向短波方向移动；TI-TT*跃迁中，激发态极性大于

基态，当使用极性大的溶剂是，溶剂与溶质相互作用激发态比基态能

级能量下降的多而使Amax向长波方向移动

3.3什么是吸收曲线，什么是标准曲线？

答：将不同波长单色光透过某一浓度的待测物，测量每一波长下

待测溶液对光的吸收程度(即吸光度)，以波长为横坐标，以吸光度

为纵坐标作图所的曲线即为得吸收曲。标准曲线：配置一系列不同含

量的标准溶液，一不含被测组分的空白溶液作参比，在相同条件下测

定标准溶液的吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作图所

得的曲线

3.4某溶液用2cm吸收池测量时，T=60%,若改用1cm和3cm

吸收池，T和A各位多少？

解:,/A=-lgT,A=scl

用2cm吸收池时：lg-0.6=?cx2cm/.EC=(-lg0.6)/2=0.11

用1cm吸收池时：A=ECI=0.11X1cm=0.11,T=10-A=77.6%

用3cm吸收池时：A=ECI=0.11X3cm=0.33,T=10-A=46.8%

3.10以环己烷作为溶剂，配置下列浓度的苯酚标准系列和被测液,

在272nm处以环己烷

为参比溶液，测得其透射比如下表，试求试样中苯酚的浓度。

苯酚(mg/mL)0.020.040.060.080.10试样

T%70.048.834.224.017.440.7解：由A=-lgT

苯酚(mg/mL)0.020.040.060.080.10Cx

T%70.048.834.224.017.440.7

A0.1550.3120.4660.6200.7590.390

以浓度c为横坐标，吸光度A为纵坐标做标准工作曲线：

有图可知，式样浓度为：0.05mg/mL

第四章

4.1试简述红外吸收光谱和紫外吸收光谱的异同点。

答：紫外-可见吸收光谱法:利用物质的分子或离子对紫外和可见光

的吸收所产生的紫外可见光谱及吸收程度对物质的组成、含量和结构

进行分析、测定、推断的分析方法。红外光谱法：利用红外辐射与物

质分子振动或转动相互作用所产生的红外吸收光谱，对物质的组

成结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸收光谱分析法

紫外可见吸收光谱红外吸收光谱

光源紫外可见光红外光

起源电子能级跃迁振动能级跃迁

研究不饱和有机化合物几乎所有有机化合物；

不同点

范围共掘双疆、芳香族等许多无机化合物

特色反映发色团、助色团的情况反映各个基团的振动及转动特性

相同点都是分子吸收光谱，都反映分子缜构的特性

4.2是否所有的分子振动都会产生红外吸收？简正振动的数目是否

就是基频谱带的数目，

为什么？

答：分子产生红外吸收必须满足：L分子振动是必须有产生瞬间

偶极矩变化,2、分子的振动能级差与红外辐射的能量相等。

理论上，分子的每一种振动形式都会产生一个基频吸收峰，实际

上红外谱图上峰的数目比理论值少得多。吸收峰减少原因：a、没有偶

极矩变化的振动不产生红外吸收，b、吸收频率相同，简并为一个吸收

峰，有时频率接近，仪器分辨不出，表现为一个吸收峰,c、有些吸收程

度太弱，仪器检测不出,d、有些吸收频率超出了仪器的检测范围

4.3什么是基团频率，影响基团频率的因素有哪些？

答：把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰，称为特征吸

收峰，所在的频率位置称为基团频率。影响基团频率的因素物质分子

结构和外界条件，其中分子结构包括：诱导效应⑴，共朝效应(C),氢

键，杂化，振动耦合;外界条件有:物态效应、溶剂效应

4.4在C—C、C—H、N—H、0—H单键伸缩振动中，产生吸收

带最强的和最弱的各是哪一种？

为什么？(不考虑分子中其他结构的影响)

答：产生吸收带最强的是O—H伸缩振动和最弱的是C—C伸缩

振动；红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，偶极矩

与分子的对称性有关，对称性越强，偶极矩就越小吸收谱带的强度也

就越弱。其中C-C的对称性最强而0—H的对称性最差，所以产生

吸收带最强的是0—H伸缩振动和最弱的是C—C伸缩振动

4.6在红外吸收光谱中，乙烯分子的C—H不对称伸缩振动具有红

外活性

4.7(2)

4.8(2)

第五章

5.1解释下列名词

荧光：当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态SO

各振动能级所产生的光辐射

磷光：电子经过系间窜跃到T1振动能级，从T1最低振动能级回

到基态的各个振动能级所产生的光辐射

荧光效率：吸收激发光的量子数分子数与发出荧光的量子数的比

值

荧光猝灭：激发分子与溶剂分子或其他溶质分子相互作用，使荧

光强度减弱甚至消灭的现象系间跨越：激发单重态与激发三重态间的

无辐射跃迁，电子自旋状态发生改变

振动弛豫：受激分子与溶剂分子等碰撞而失去能量以极快的速度

降至同一能级低振动能级上的过程

5.2试从原理、仪器两方面对荧光和磷光进行比较。

荧光璘光

激发通陋最低振动能级激发三重态千低振动能级

发光机理基，各能级基态%•能级

激发态寿命10Ms10'4-ls

发光环境常温低温

5.3那些分子结构的物质能发射荧光，影响荧光强弱的因素有那些？

答：具有能吸收一定频率紫外-可见光的特定结构且具有较高的荧

光效率的物质能发射荧光。影响荧光强弱的因素包括物质的分子结构

和所处的环境条件，其中物质结构有共犯体系、共平面性以及芳香族

化合物的取代基类型，共辗体系越大荧光强度越强；共平面性越好荧

光强度越强；给电子取代基使荧光增强，吸电子取代基使荧光强度减

弱。

5.4何为荧光的激发光谱和荧光光谱，它们之间有什么关系

激发光谱：固定测量波长（选最大发射波长Aem）,从200-700

nm扫描，让不同波长的光照在荧光物质上，测定不同波长激发光照

射下的荧光强度，以激发波长（入ex）为横坐标，以荧光强度（IF）为

纵坐标作图所得的曲线

荧光光谱：固定激发光波长和强度（选最大激发波长Aex）,测定不

同荧光波长的强度，以荧光波长（Aem）为横坐标，荧光强度（IF）

为纵坐标作图所得的曲线

相互关系：不论用任何波长的光辐射激发，电子始终都是从第一

激发态的最低振动能级回到

基态的各个振动能级，荧光只能出现一个谱带

激发波长的大小对荧光光谱的形状和位置几乎没有影响，但影响

荧光强度，其中最大激发波长下产生的荧光最强

由于无辐射跃迁时有能量损失，荧光光谱的入max比激发光谱的

Amax长

由于大多数分子的基态振动能级分布和第一电子激发态振动能级

分布相似，激发光谱中跃迁能量最小的和最大波长分别和荧光光谱中

发射能量最大和最小的波长相对应，则荧光光谱与激发光谱的形状大

致呈镜像对称关系

5.5简述荧光分光光度计的基本结构及各部件的基本作用、与紫外

-可见分光光

度计的区别

答：荧光分析仪器主要由激发光源、单色器、样品池、检测器和

放大显示系统组成五个部分组成。激发光源：提供一定波长和强度的

激发光；单色器：第一单色器作用：分离出所需要的激发光，选择最

佳激发波长入ex,用此激发光激发液池内的荧光物质Aex,第二单色

器作用：滤掉一些杂散光和杂质所发射的干扰光，用来选择测定用的

荧光波长入em。在选定的入em下测定荧光强度，定量分析。样品池主

要用于盛放样品，检测器的作用是把光信号转化成电信号，放大，直接

转成荧光强度

与紫外-可见分光光度计有两点不同：①两个单色器；②检测器与

激发光互成直角5.7下列化合物中，哪一个荧光效率大？为什么？

答：笏的荧光效率大与联苯，因为药中两个苯环由于亚甲基的桥

联作用共平面性大于联苯。

5.10在5只25mL的容量瓶中分别加入25ug/mL的维生素B2标

准溶液0.00、0.50、1.00、

1.50、

2.00mL,用l%HAc溶液稀释至刻度，摇匀，在激发波长为

452nm，荧光波长

为516nm处用适当浓度的荧光素钠溶液调节荧光强度（IF）至刻

度100格处，分别测定溶剂空白和上述标准溶液的IF,读数，另取含

维生素B2样品溶液1.50mL于25mL容量瓶中，用l%HAc溶液稀释

至刻度，摇匀，在相同条件下测量其读数，结果见下表，使计算样品

溶液中维生素B2的含量（ug/mL）

V（标准溶液mL）0.000.501.001.502.001.50（样品）

IF/格123.1045.0567.1589.3055.00

答案:20.33ug/mL

第八早

6.1解释下列名词

激发电位：使元素外层电子由基态跃迁到激发态所需要的电位

电离电位：使元素失去外层电子由原子变成离子所需要的电位

共振线：在所有原子谱线中，凡是由各个激发态回到基态所发射

的谱线

原子线：由原子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线叫原

子线。以罗马字母I表示

离子线：离子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线以罗马

字母口,in表示

灵敏线：有一定强度，能标记某元素存在的特征谱线（一般是最易

激发或激发能较低的谱线一主共振线）

最后线：当元素的含量减少时，其谱线数目亦相应减少，随着元

素含量减少而最后消失的谱线

等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等粒子的整

体电中性集合体

谱线自吸和自蚀：由等离子体内温度和原子浓度的分布不均匀，

中心发射的辐射被边

缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象称为自吸；自吸

严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两条线，

这种现象称为自蚀

标准加入法：在几份相同试样中加入不同浓度的待测元素标样，测

分析线对强度比，作R-c曲线测定试样含量的方法

分析线对：对每一元素，可选择一条或几条（2~3条）灵敏线或

最后线来进行定性分析、定量分析，这种谱线称为分析线

6.2原子发射光谱是这样产生的？为什么各种元素都有其特征的谱

线？

答：气态原子或离子在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，

再返回到基态时，发射出特征光谱

不同的元素其原子结构不同，原子的能级状态不同，电子在不同

能级间跃迁所放出的能量不同，原子发射谱线的波长不同，同一种元

素有许多条发射谱线，最简单的H已发现谱线54条，Fe元素谱线

4~5千条，每种元素有特征谱线——定性分析的依据6.4简述ICP光

源的工作原理及其优点

答：ICP光源是利用高频电感耦合的方法产生等离子体放电的一种

装置，由高频发生

器、ICP等离子矩管、雾化器组成；ICP炬管——由三层同心石英

管组成，外层管内引入Ar气作为等离子体工作气或冷却气；中间管内

通入Ar气为辅助气；内管又称喷管，Ar气为载气，将试样气溶胶引入

到ICP炬中。当高频发生器接通电源后，高频电流I通过感应线圈产生

交变磁场，用高压电火花触发，使Ar气体电离后，在高频交流电场的

作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成"雪崩”式放电，产生等离

子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流（涡电流），其电阻很

小，电流很大（数百安），产生高温。

又将气体加热、电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬。试液被

雾化后由载气带入等等离子体焰炬内，试液被蒸发、解离、电离和激

发，产生原子发射光谱

特点：激发温度高、原子化完全、化学干扰少、稳定性很好，分

析的精密度高、自吸和自蚀效应小等

6.7影响原子发射光谱的谱线强度的因素是什么？产生谱线自吸及

自蚀的原因是什么？

答：影响原子发射光谱的谱线强度的因素有：激发能、跃迁概率、

统计权重、激发温度以及基态原子数。式样在原子化器中原子化后以

包含分子、离子、电子等粒子等离子体形式存在，由于等离子体内温

度和原子浓度的分布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘

反之，中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低

的现象而产生自吸及自蚀。

6.8光谱定量分析为何经常采用内标法？其基本公式及各项的物理

意义是什么？

答：原子发射光谱定量分析要求实验条件恒定，无自吸现象。实

际上很难做到，通常采用相对强度法——内标法进行分析，可消除实

验条件对测定结果的影响

基本公式:lgR=lgIl/I2=blgC+lgA

6.9选择内标元素及内标线的原则是什么？说明理由。

答：应用内标法进行光谱定量分析时,选择内标元素及分析线对应

注意以下要求：

①内标元素与分析元素的蒸发特性应该相近,使电极温度的变化对

谱线的相对强度的

影响较小

②内标元素可以是基体元素，也可以是外加元素，但其含量必须恒定

③若分析线对为原子线，分析线对的激发电位应该相近;若分析线对

为离子线,分析线

对的电离电位和激发电位也应该相近

④分析线对的波长、强度也应尽量接近，以减少测量误差.分析线对

应无干扰、无自

吸.分析线对的光谱背景也应尽量小

第七章

7.1解释下列名词

共振吸收：由基态跃迁至第一激发态所产生的吸收

谱线的热变宽：由原子在空间做无规则热运动所引起变宽

压力变宽：由于吸光原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起的

能级稍微变化，使发射或吸收光量子频率改变而导致的谱线变宽

特征浓度：某一元素在一定条件下产生1%净吸收时待测元素浓

度

7.2在原子吸收光谱法中，为什么常常选择共振线作为分析线？

答：原子吸收光谱法是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的

吸收作用来进行定量分析的一种方法。特定谱线需要有较高的灵敏度,

而对大多数元素来说，共振线是元素的灵敏线，所以在原子吸收分析

中，常常利用处于基态的待测原子蒸汽对从光源辐射的共振线的吸收

来进行分析的

7.3什么是积分吸收，什么是峰值吸收系数，为什么原子吸收光谱

法常采用峰值吸收而不应用积分吸收

答：吸收曲线的轮廓所包围的总面积，也即吸收系数对频率的积

分即为积分吸收；吸收线最高点对应的吸收系数叫峰值吸收系数或极

大吸收系数K

由于原子吸收谱线的宽度

0o

很窄，仅有10-3nm,要准确测积分吸收，需使用分辨率很高的

单色器，一般光谱仪器很难满足。另外，即使用分辨率很高的单色器,

采用普通的分光光度法所用的连续光源，获得O.xnm纯度很高的光作

为原子吸收入射光，只有很少一部分被吸收，大部分通过，入射光和

透过光强度没有差别，所以在原子吸收光谱法中常采用峰值吸收而不

应用积分吸收

7.4简述原子吸收光谱仪的结构特点，它有哪几种基本类型？

答：原子吸收光谱仪由光源、原子化器、分光系统和检测系统四

大部件组成，与普通分光光度计相似，用锐线光源代替连续光源，用

原子化器代替了普通的吸收池。根据原子化得方式不同分为：火焰原

子化和非原子化两种原子吸收光谱仪，按入射光束的不同又分为单光

束和双光束型两种原子吸收光谱仪

7.5使谱线展宽的因素有哪几种，他们对原子吸收测量有何影响？

答：谱线展宽的因素有热变宽、压力变宽、场致变宽、自吸变宽

等。原子吸收光谱

是利用峰值吸收进行定量分析，谱线展宽会影响原子吸收光谱法

准确测定。

7.7原子吸收法中对化学干扰，基体干扰是用什么方法加以抑制？

答：化学干扰：通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲

剂来抑制或减少化学干扰；基体干扰：可通过控制试液与标准溶液的

组成尽量一致的方法来抑制

第九章

9.3什么是液接电位，如何消除？

答：液体接界电位简称液接电位，又称扩散电位。是指当两种组

成不同或组成相同但浓度不同的电解质溶液相接触时，因离子扩散速

度不同，相界面有微小的电位差产生，用(pi表示。可用盐桥来消除或

减小到忽略不计

9.4什么是极化作用，超电位产生的原因是什么？

答：电流通过电极与溶液界面时，电极电位偏离平衡电位(即能

斯特公式计算的电位)的现象称为极化作用，电极电位与平衡电位之

差称为超电位1超电位产生的原因是浓差极化和电化学极化

9.5电极如何分类，什么是指示电极和参比电极

答：按电极组成及反应机理分类分为五类，其中前四类为金属基

电极，在电极表面发生电子转移而产生电位，第五类电极是由于离子

交换和扩散产生的电极；按电极用途的不同分为指示电极、参比电极、

工作电极、辅助电极等。反映溶液中待测离子的活度或浓度的电极，

在测试过程中，溶液主体浓度不发生变化的电极称为指示电极。在测

量过程中，具有已知、恒定电位的电极称为参比电极

9.6求25。(2时，下列电池电动势,标明正负极，并写出电池反应

式。

(1)Ag|Ag+(a=0.01)||Ag+(a=l)|Ag(0.1183V)

(2)Pt|H2(1.013xl05Pa),HCI(a=0.01),AgCI(s)|Ag

(3)Pt|Fe3+(a=10-5),Fe2+(a=0.1),||Cr3+(a=10-5),Cr20

72-(a=0.1),H+(a=0.1)|Pt

解：(2)E=?+

--0.0591g1CIa?(p-220.059lg2HHaa

(p+-

=4x0.059

=0.4721

9.7根据以下两个电池求出胃液的pH

(1)(-)Pt|H2(101.325kPa)|H+(a=1.0mol.L-

l)||KCI(a=0.1mol.L-l)|Hg2CI2(s),Hg(+)E2=+0.3338V

(2)(-)Pt|H2(101325kPa)|胃液||KCI(a=0.1mol.L-l)|Hg2CI

2(s),Hg(+)El=+0.420V解：E=(p甘一中氢=(p甘—(p°-0.05916lga(H

+)=k-0.05916lga(H+)

第一电池:El=k-0.05916lga(H+)=0.3338①

第二电池:E2=k-0.05916lga(H+)=0.420②

从第一电池知k=0.3338,代入②

即：0.420=0.3338+0.05916pH

pH=1.46

第十章

10.1为什么直接电位法通过测量电池电动势，便可对被测离子进

行定量测定？答：直接电位法中原电池电动势，其中参比电极的电势

是常数，而

所以又因参比电极的电极电势是一个恒定的值。贝!J：

10.2以pH玻璃电极为例，简述膜电位的产生机理。

答：pH玻璃电极是在SiO2基质中加入Na2O、Li2O和CaO烧

结而成的特殊玻璃膜，用水浸泡膜时，表面的Na+与水中的H+交换,

表面形成水合硅胶层。玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸泡形成一

个三层结构，即中间的干玻璃层和两边的水化硅胶层将浸泡后的玻璃

电极插入待测溶液，水合层与溶液接触，由于水合硅胶层表面与溶液

中的H+活度不同，形成活度差，H+由活度大的一方向活度小的一方

迁移，改变了硅胶层一溶液两相界面的电荷分布，产生了一定的相界

电位

10.3在直接电位法用氟电极测定F-过程中，为什么一般控制溶液

的pH在5~6范E=-??指参2.3031gRTKanF?=士指2.3031gRTE

KanF

=±-参比/2.3031gzRTEKaF

=+

围？

答：氟离子选择电极是由LaF3单晶掺杂EuF2或CaF2制成2mm

厚的薄片，在l~10-6mol/l范围内符合能斯特公式。电极选择性高，

不受N03-、PO43-、CH3C00-.X-、SO42-等离子的干扰。单pH

较高时，由会产生干扰使测定结果偏高，而pH较低时，由于形成

HF2-而降低活度是分析结果降低，所以氟离子检测一般控制溶液的

pH在5~6范围

10.4离子选择性电极分为几类，各举一例说明其基本结构与基本

原理

答：离子选择性电极分为原电极和敏化电极，其中原电极又分为

晶体膜电极和非晶体膜电极等。

晶体膜电极：氟离子选择性电极由内参比电极Ag-AgCI,内参比

溶液O.lmol.L-lNaCI、O.lmol.L-lNaF,氟化铺单晶膜组成。氟离子

选择电极是基于氟化棚单晶膜对氟离子的选择性而实现对溶液中氟离

子的测量的。其

非晶体膜电极：活动载体电极(液膜电极)由内参比电极Ag-

AgCI,内参比溶液0.1mol.L-lCaCI2,多孔性膜，液体离子交换剂，

敏感膜组成。液膜两相发生离子交换反应

10.6什么是TISAB溶液，它有哪些作用？

答：TISAB溶液是浓度很大的电解质溶液，它对